Geotechnischer Bericht zum Bauvorhaben

Geotechnischer Bericht

zum Bauvorhaben

Auftraggeber (AG) : Libelle Wasserkraft und Vermietung GmbH Kuupfermühle

67294 Bischheim über:

IngenieurGesellschaft für Wasserkraftanlagen mbH Hauptstraße 6

99439 Wohlsborn

Auftragnehmer (AN) : Ingenieurbüro für Umwelt- und Hydrogeologie IUH GmbH

Hafenstraße 40a 06108 Halle (Saale) Tel.: 0345-5822964

Geotech. Kategorie : 2

Datum : 17.11.2017

Objekt- Nr. : 4127-16

Bearbeiter Dipl.-Geol. Christian Hollweg M.Sc. Klaus Mischkewitz

Anlagen : 5

Ausfertigungen : 1 x digital 2 x AG 1 x AN

Wasserkraftanlage in

Alsleben /Mukrena (Pregelmühle)

Inhaltsverzeichnis :

1. Veranlassung und Zielstellung ...4

2. Standortbeschreibung und geplante Baumaßnahme ...4

3. Geologisches Modell ...6

4. Technische Erkundung ...6

4.1 Felduntersuchungen ...6

4.2 Laboruntersuchungen ...7

5. Baugrundverhältnisse ...8

5.1 Baugrundschichtung ...8

5.2 Hydrogeologische Verhältnisse ... 10

5.3 Beton- und Stahlaggressivität... 11

5.4 Baugrundeigenschaften ... 12

5.5 Baugrundklassifizierung ... 13

5.6 Homogenbereiche nach VOB/C... 14

6. Schlussfolgerungen und Empfehlungen ... 17

6.1 Allgemeine Bewertung der Baugrundverhältnisse ... 17

6.2 Gründungsempfehlung und Baugrundverbesserung ... 17

6.3 Baugrubenböschungen und Baugrubenverbau ... 18

6.4 Aufnehmbarer Sohldruck und Setzungsverhalten ... 19

6.5 Wasserhaltung und Bauwerkssicherung gegen Grundwasser ... 19

6.6 Wiederverwertung anstehender Böden ... 20

7. Geodynamik ... 20

8. Schlussbemerkung ... 21

Anlagen:

Anlage 1.1 Lageplan mit Darstellung der Aufschlüsse und Profillinien Anlage 1.2 Fotodokumentation zur Standortbeschreibung (Pkt. 2)

Anlage 2.1 Schichtenverzeichnisse der Kernbohrung und Rammkernsondierungen Anlage 2.2 Bohrlochdokumentation der Kernbohrung, Ramm- und

Rammkernsondierungen

Anlage 2.3 Fotodokumentation /Kernfotos der Kernbohrung BK 1 Anlage 3 Ingenieurgeologische Profilschnittzeichnungen

Anlage 4 Protokolle der bodenmechanischen Laboruntersuchungen Anlage 5 Protokolle der umweltchemischen Laboruntersuchungen

1. Veranlassung und Zielstellung

Die IGW – Ingenieurgesellschaft für Wasserkraftanlagen mbH plant im Auftrag der Libelle Wasserkraft und Vermietung GmbH den Neubau einer Wasserkraftanlage und Fischtreppe am Standort Pregelmühle in Alsleben /Mukrena. Die IUH GmbH wurde am 21.10.2016 auf Grundlage des Kostenangebots vom 22.09.2016 beauftragt, eine Baugrunduntersuchung durchzuführen und die Ergebnisse in einem zusammenhängenden Baugrundgutachten zu formulieren.

Der Bearbeitung liegen folgende Zielstellungen zugrunde:

• Erfassung der geologischen Verhältnisse/Baugrundschichtung

• Ermittlung der Grund-/Schichtwasserstände/Bemessungswasserstand, Schwankungsverhalten

• Bestimmung der Lagerungsdichte und Ableitung des Setzungsverhaltens der anstehenden Böden

• Entnahme von Probenmaterial (Boden, Wasser)

• Angabe von bautechnischen Eigenschaften und bodenmechanischen Kennwerten zu den angetroffenen Böden und Festgesteinen

• Klassifizierung der anstehenden Böden und Gesteine (DIN 18300, 18301, 18196, 18319, ATV, ZTVE)

• Angabe von Homogenbereichen nach VOB

• Gründungsempfehlung und erdstatische Angaben zur Gründung

• Angaben zur Vorbemessung der äußeren Tragfähigkeit von Pfählen

• Hinweise zur Bauausführung (z.B. Baugrubenaushub, Verbau, Lösbarkeit, Bohr- und Rammbarkeit, Bodenverbesserungsmaßnahmen, Wiedereinbaufähigkeit usw.)

• Vorschlag zur Wasserhaltung

• Beton- und Stahlaggressivität des Grundwassers im Gründungsbereich nach DIN 4030 und 50929

• Wiederverwertbarkeit zu erwartender Aushubmaterialien n. LAGA M 20 (optional)

2. Standortbeschreibung und geplante Baumaßnahme

Das Untersuchungsgebiet befindet sich am (historischen) Standort der Pregelmühle in Mukrena, einem Ortsteil von Könnern im Salzlandkreis, Sachsen-Anhalt. Mukrena liegt rechts der Saale gegenüber der Stadt Alsleben (Saale). Am Standort ist der Bau einer Wasserkraftanlage und Fischtreppe geplant.

Die geplanten Bauwerke liegen im Bereich gärtnerisch genutzter Flächen (zzgl. Baracken, Schuppen u. dgl.), (erweiterter) Uferzonenbereiche und im Bereich des rechtsseitigen Wehranschlussbauwerks (bestehendes Hauptbauwerk) des Saalewehres Alsleben.

Das geplante Baufeld für die Wasserkraftanlage befindet sich im Bereich des rechtseitigen Anschlussbauwerks (Wehrwange, Durchlass) des Saalewehres Alsleben. Bedingt durch die hier vorhandenen historischen Bauanlagen ist die Topografie stark gegliedert (s. Bild 1, A 1.2).

Explizite Details zur Gründung dieses Anschlussbauwerks liegen dem Bearbeiter nicht vor.

Soweit im Rahmen der Baugrunduntersuchung dokumentierbar, ist im Bereich des Durchlassbauwerks mit teilweise betonierten Bauwerkswänden und-bodenplatten zu rechnen.

Darüber hinaus existieren historische Mauerwerke überwiegend aus Naturwerksteinen (Kalk- /Rogenstein).

Im geplanten nördlichen Auslaufbereich der Wasserkraftanlage befinden sich mehrere Betonblöcke/Altfundamente unbekannter Einbindetiefe (vgl. Bild 4, A 1.2).

Die historische Standortvornutzung als Mühle impliziert mit hoher Wahrscheinlichkeit einen mutmaßlich verschütteten (?), unterirdischen (?) Mühlgraben, dessen zugemauertes Auslaufbauwerk (Gewölbe) im Bild 3 der Anlage 1.2 dokumentiert ist.

Des Weiteren muss mit Altkellern o.ä. nicht sichtbaren Bauwerksresten gerechnet werden, vgl. Bild 5, A 1.2 (Altkeller).

Die geplante Fischtreppe verläuft östlich der geplanten Wasserkraftanlage vereinfacht parallel zum Bestandsanschlussbauwerk (Wehrwange, Durchlass). Auch hier sind die derzeitigen topografischen Verhältnisse stark strukturiert zu beschreiben.

Die derzeitigen Geländehöhen streuen zwischen ~60,8 m NHN und 66,9 m NHN. Die vorhandene Vegetation gliedert sich in teils dichte, krautige Ufervegetation mit lichtem Baumbestand, krautig verwilderten Bereichen am Bestandsanschlussbauwerk (Wehrwange, Durchlass) und typischer Gartenvegetation mit unterschiedlichem Pflegezustand (teils stark verwildert).

Der AG plant am Standort den Bau einer Wasserkraftanlage und einer Fischtreppe rechtsseitig der Saale. Orientierende Planungsdetails (Lage der Bauwerke, Gründungskoten Hauptbauwerk und im Querschnitt angebundener Fischtreppe) liegen dem Bearbeiter vor.

3. Geologisches Modell

Das Untersuchungsgebiet befindet sich im südöstlichen Verbreitungsraum des Subherzynen Beckens. Der regionale Festgesteinsuntergrund wird weiträumig aus Gesteinen des Tafeldeckgebirges aufgebaut. Am Untersuchungsstandort besteht der Festgesteinsuntergrund aus sedimentär-klastischen Abfolgen des Unteren Buntsandsteins, zumeist in Form von Sand-, Schluff- und Tonsteinen und /oder teils engständigen Wechsellagerungen dieser Gesteinsarten.

Die Festgesteinsbildungen werden am Untersuchungsstandort vollflächig von spätpleistozänen Terrassen- und holozänen Fluss- und Hochflutsedimenten überlagert.

Ingenieurgeologische Besonderheiten oder Georisikofaktoren (Altbergbau, Erdfallrisiko) existieren für den Standort nicht.

4. Technische Erkundung 4.1 Felduntersuchungen

Die technischen Arbeiten zum vorliegenden Bericht wurden am 29.11.-01.12.2016 durchgeführt.

Es wurden 4 Rammkernsondierungen (RKS) mit Endteufen zwischen 6,0 und 10,0 m und 4 Schwere Rammsondierungen (DPH) mit Endteufen zwischen 5,4 m und 11,0 m unter Ansatzpunkt niedergebracht.

Des Weiteren wurde eine Kernbohrung (Ausführung durch Mitteldeutsche Bohrgesellschaft mbH) mit 16,0 m Aufschlusstiefe ausgeführt.

Am Aufschlusspunkt 1 musste der Ansatzpunkt der Schweren Rammsondierung (DPH) mehrmalig versetzt werden. Im Ergebnis der hier durchgeführten RKS ist bis etwa 3,5 m unter Ansatzpunkt (sehr schwer zu Bohren) mit geschichteten Steinplatten (analog Bild 2, Anlage 1.2) oder grobem, steinigen Blockschutt zu rechnen. In den Sonden der RKS wurden fast ausschließlich gekernte Rogensteine (Kalkstein) festgestellt. Die Durchführung der DPH war am Aufschlusspunkt 1 erst nach entsprechender Vorsondierung (Vorbohren mit RKS- Technik) bis etwa 3,0 m unter Ansatzpunkt möglich. Dementsprechend ist das Schlagzahlendiagramm in der Anlage 2.2, RKS/DPH 1, im Tiefenbereich 0-3,0 m lückenhaft.

Die geologische Aufnahme und Probenahme erfolgte vor Ort durch den Bearbeiter. Die Dokumentation der Aufschlüsse erfolgt in den Anlagen 2.1 (Schichtenverzeichnisse) und 2.2 (Bohrlochdokumentation).

Die geotechnische Zielstellung ist mit dem Nachweis tragfähigen Baugrunds und dem Ausschluss von tiefer liegenden Schwächezonen oder Weichschichten erreicht.

Die Lage der Aufschlusspunkte ist in Anlage 1.1 dokumentiert. Die Bohransatzhöhen wurden durch Nivellement auf einen festen Höhenbezugspunkt ermittelt. Die Koordinaten wurden GIS-gestützt ermittelt. In der nachstehenden Tabelle sind die Aufschlüsse mit den Stammdaten aufgelistet:

Tabelle 4.1: Stammdaten der Sondieransatzpunkte

Aufschluss Rechtswert Hochwert Ansatzhöhe [m NHN]

Endteufe

[m NHN] Lage der Bohrung /Bemerkungen BK 1 4477930 5730727 66,98 50,98 östlich-zentraler Teil Hauptbauwerk

Wasserkraftanlage, derzeit Gartennutzung RKS 1

4477919 5730710 66,48 56,48 Zulauf Wasserkraftanlage, derzeit Wehrwange rechtsseitig Saalewehr

DPH 1 55,48

RKS 2

4477917 5730728 62,49 55,49 westlich-zentraler Teil Hauptbauwerk Wasserkraftanlage, derzeit historischer Auslaufbereich /erweiterte Uferzone

DPH 2 54,49

RKS 3

4477927 5730753 62,07 56,07 nördliches Baufeld der geplanten Fischtreppe, derzeit erweiterte Uferzone /historischer Auslauf Mühlgraben (?)

DPH 3 56,67

RKS

4477959 5730696 65,67 59,67 südliches Bauende der geplanten Fischtreppe, derzeit Uferzone mit unterkellerter Altbausubstanz

DPH 4 57,47

4.2 Laboruntersuchungen

Folgende bodenmechanische Laboruntersuchungen wurden durch die Fa. Mario Junghahn, Bodenmechanik und Vermessungstechnik durchgeführt:

Tabelle 4.2.1: Verzeichnis der bodenmechanischen Laboruntersuchungen

Baugrundschicht Probe Laboruntersuchung Schicht 2

(Auelehm)

B 3/2 Zustandsgrenzen n. DIN 18122 B 4/4 Zustandsgrenzen n. DIN 18122 Schicht 3

(Terrassenkies)

BK 1/7 Korngrößenverteilung n. DIN 18123 BK 1/8 Korngrößenverteilung n. DIN 18123

Folgende umweltchemische Laboruntersuchungen wurden durch das Labor Wessling GmbH, Landsberg OT Oppin durchgeführt:

Tabelle 4.2.2: Verzeichnis der umweltchemischen Laboruntersuchungen /Wessling GmbH

Baugrundschicht Probe Laboruntersuchung

Grundwasser GW 3 Bestimmung der Betonaggressivität nach DIN 4030 und Stahlaggressivität nach DIN 50929

Die Dokumentation der Laborergebnisse erfolgt als Anlage 4 (Bodenmechanik) und Anlage 5 (Chemie).

5. Baugrundverhältnisse

5.1 Baugrundschichtung

Die angetroffene Schichtenfolge ist vereinfacht in Tabelle 5.1 zusammengefasst. Die räumliche Verbreitung der Baugrundschichten ist in den ingenieurgeologischen Profilschnittzeichnungen (Anlage 3.1 bis 3.4) dargestellt.

Tabelle 5.1: Baugrundschichtung

Schicht Bezeichnung Mächtigkeit (in m)

Konsistenz/

Lagerungsdichte

Beschreibung nach DIN EN ISO 14688-1/14689-1

Farbe Lockergestein

1a Mutterboden 0 bis 1,0 weich, halbfest /locker

Schluff, tonig-feinsandig bis Sand, stark schluffig, schwach kiesig bis rein humose Auflage

braun, dunkelbraun 1b nicht bindige

Auffüllungen 0 bis ~6,0 locker,

mitteldicht Steine bis Kies, sandig-schluffig

bis geschichteter Naturwerkstein grau, rotgrau, hellgrau 1c bindige

Auffüllungen

0 bis 2,7 weich bis breiig, steif

Schluff bis Ton, sandig-kiesig bis Sand/Kies, stark schluffig, tonig bis schwach tonig

dunkelbraun, braungrau, schwarzgrau 2 Auelehm 0 bis 2,5 breiig bis weich Ton, stark schluffig, schwach

sandig, schwach feinkiesig, teils stark mit organischer Substanz

dunkelgrau, schwarzgrau 3 Terrassenkies ~3,5 bis 5,0 mitteldicht, zonal

dicht Sand, kiesig bis Kies, stark

sandig, teils schwach schluffig graubraun, grau, schwarzgrau Festgestein

Schicht Bezeichnung Mächtigkeit

(m) Beschreibung nach DIN EN ISO 14689-1 4 Festgestein

/Verwitterungs- zone

>4,2 Sandstein, stark verwittert bis zerfallen,

untergeordnet Bereich mit geringer Restfestigkeit, zum Teil wechsellagernd mit Ton-/Schluffstein, dieser stark verwittert bis zu steifem Ton zersetzt

gelb, hellgrau, dunkelrot, weißgrau, grüngrau

Für die Interpretation des allgemeinen Schichtenverlaufs (Neigung natürlicher Schichtflächen) gewachsener Baugrundschichten geht der Bearbeiter von einem primär geländeparallelen Schichtgrenzenverlauf in Fließrichtung der Saale, also vereinfacht nach Nord-Nordwest, aus. Innerhalb der Auffüllungszone können die Schichtgrenzen irregulär und von der zeichnerischen Interpretation abweichend verlaufen.

Schicht 1a – Mutterboden

Mutterboden tritt im Prinzip in allen unbebauten Bereichen innerhalb des zugrunde liegenden Baufelds oberflächig auf – das betrifft die vorhandenen Gärten (vgl. BK 1), den unbefestigten, vegetationsreichen Teil der Wehrwange („Insel“, vgl. RKS 1) sowie sämtlicher erweiterter, vegetationsreicher Uferzonen. Schicht 1a beschreibt dabei mehr oder weniger gewachsenen Oberboden (RKS 3), aufgefüllten Oberboden (BK 1) oder lediglich stark humose Auflagen und /oder humos-sandige Substrate (RKS 1, 4). Die Schichtstärken betragen ≤ 1,0 m.

Schicht 1b – nicht bindige Auffüllungen

Schicht 1b beschreibt im Wesentlichen steinige, teils schluffige Kies-Sand-Gemenge. Es sollte allgemein mit einem hohen Steinanteil gerechnet werden (vgl. Bild 1, Anlage 2.3).

Ebenfalls zur Schicht 1b gehören die Hinterfüllungen des historischen Mauerwerks im Bereich der Wehrwange (vgl. Bild 2, Anlage 1.2 & Sondierergebnis RKS/DPH 1). Hier sollte mit flach geschichteten Naturwerksteinen und /oder steinigem Blockschutt gerechnet werden.

Schicht 1c –bindige Auffüllungen

Zu Schicht 1c zählen tonig-sandige, leicht plastische Schluffböden und gemischtkörnig- bindige Sand-Kies-Gemenge in stark schluffiger, teils toniger Ausbildung. Im Grundwassereinflussbereich ist mit weichen und breiigen Konsistenzen zu rechnen.

Vereinzelt wurden in den Bohrkernen (BK, RKS) Holzkohlen- und Ziegelbruchstückchen festgestellt.

Schicht 2 – Auelehm

Bei dem Auelehm handelt es sich um eine typische Ablagerung als Folge wiederkehrender Hochwässer vorrangig als mittel bis ausgeprägt plastisches Ton-Schluff-Gemenge in teilweise sandiger Ausbildung. Typisch ist die verbreitet organogene Beschaffenheit bis hin zu sichtbaren Einlagerungen pflanzlicher Überreste. Es muss im Grundwassereinflussbereich nachweislich mit breiigen Konsistenzen (vgl. Anlage 4.3, 4.4) und sehr hohen natürlichen Wassergehalten bis ~90 % gerechnet werden.

Schicht 3 – Terrassenkies

Schicht 3 steht flächenhaft maßgebend als weit gestufter, stark sandiger Kies in teilweise schwach schluffiger Ausbildung als glazifluviatiler Terrassenkies (Saale-Niederterrasse) und holozäner Flusskies an. Beide Genesetypen sind schichtintern nicht abgrenzbar. Es treten untergeordnet Lagen aus weit bis eng gestuften Sanden (vgl. BK 1, RKS 3) auf. Der Terrassenkies ist überwiegend mitteldicht, zonal dicht gelagert. Geringe Steinanteile sind innerhalb der Schicht 3 nicht auszuschließen und erfahrungsgemäß besonders an der Schichtbasis nicht untypisch.

Schicht 4 – Festgestein /Verwitterungszone

Unterhalb der Saale-Niederterrasse wird der Untergrund vollflächig aus sedimentär- klastischen Gesteinen des Unteren Buntsandsteins aufgebaut. Diese sind als Sandsteine, Schluff- und Tonsteine sowie teils engständige Wechsellagerungen aus Sand- und Tonstein zu erwarten. Die mit der BK 1 gewonnenen Kernproben zeigen einen erfahrungsgemäß typischen, tiefgründigen Verwitterungs- und Zersetzungsgrad des Festgesteins, der durch überwiegenden Zerfall der Sandsteinlagen und Zersatz /Plastifizierung der Ton- /Schluffsteinlagen gekennzeichnet ist. Demzufolge ist bis zum max. Erkundungsniveau mit vergleichswiese geringen einaxialen Druckfestigkeiten zu rechnen.

5.2 Hydrogeologische Verhältnisse

Im Rahmen der Feldarbeiten wurden folgende Grundwasserstandsdaten durch Messung im Bohrloch erhoben:

Tabelle 5.2.1: Grundwassermessdaten

Aufschluss Datum Wasseranschnitt

m unter GOK

Wasserspiegel im offenen Bohrloch

Charakteristik m unter GOK m NHN

BK 1 29.11.2016 >6,40 6,40 60,58

gespannte Grundwasser- druckverhält- nisse RKS 1 kein Wasserstand messbar wegen fehlender Bohrlochstabilität

RKS 2 30.11.2016 0,40 0,40 62,09

RKS 3 30.11.2016 >0,70 0,70 61,37

RKS 4 29.11.2016 2,60 - 63,07

Die erhobenen Grundwasserstände spiegeln die typische hydrogeologische Standortsituation rezenter Gewässerniederungen mit im Regelfall gespannten und aufgrund der Nähe zur Vorflut stark vom Flusspegel gesteuerten Grundwasserständen wieder. Den quartären Hauptgrundwasserleiter bildet dabei die Schicht 3 (Terrassenkies) mit einer überwiegend hohen hydraulischen Durchlässigkeit.

Den erkundeten Baugrundschichten können folgende hydraulische Durchlässigkeiten zugeordnet werden:

Tabelle 5.2.2: Hydraulische Durchlässigkeiten

Schicht kf-Wert [m/s] hydraulische Durchlässigkeit

1a Mutterboden 1 x 10^-5 bis 1 x 10^-7 mittel bis gering

1b nicht bindige Auffüllungen 1 x 10^-2 bis 1 x 10^-5 groß bis mittel 1c bindige Auffüllungen 1 x 10^-6 bis 1 x 10^-8 sehr gering bis gering

2 Auelehm 1 x 10^-7 bis 1 x 10^-9 sehr gering

3 Terrassenkies 5 x 10^-3 bis 5 x 10^-5 groß bis mittel

4 Festgestein /Verwitterungszone

1 x 10^-5 bis 1 x 10^-7 porengebunden gering / trennflächengebunden hoch

Einen weiteren Einfluss auf die Grundwasserdynamik (Fließrichtungen, Potentialgefälle) haben die baulichen Anlagen (Wehr, benachbarte Schleuse) im Umfeld. Die allgemeinen Oberflächenwasserstände (lt. Planskizzen: Oberwasser~64,37 m NHN, Unterwasser~60,71 m NHN) und Grundwassermessdaten berücksichtigend kann in bester Annäherung mit einer nach Nord/Nordwest gerichteten Grundwasserströmung gerechnet werden, wobei im Wehrbereich mit einem unnatürlich hohen Potentialgefälle und entsprechend erhöhten Strömungsdrücken zu rechnen ist.

Aus Sicht des Bearbeiters sollte sich der Bemessungsgrundwasserstand am Gewässerpegel der Saale im Oberwasser¹ (Nullpunkt Pegellatte /PNP = 61,92 m NHN) orientieren. Daraus ergeben sich für die jeweiligen Bemessungssituationen folgende Werte:

Lastfall Ständige Bemessung: PNP + 2,49 = 64,41 m NHN / entspricht MW Vorübergehende Bemessung: PNP + 3,36 = 65,28 m NHN / entspricht MHW Außergewöhnliche Bemessung: PNP + 5,13 = 67,05 m NHN / entspricht HHW

Aufgrund der Verbreitung gering durchlässiger Böden oberhalb der erhobenen Grundwasserstände (z.B. Schicht 1c) muss bei anhaltend ungünstigen Witterungsbedingungen mit Schichtwasseranschnitten in diesen Tiefenbereichen gerechnet werden.

5.3 Beton- und Stahlaggressivität

Die untersuchte Grundwasserprobe ist gem. DIN 4030 (Anlage 5) als schwach betonangreifend einzustufen. Im Grundwassereinflussbereich einbindende Betonbauteile sind entsprechend der Expositionsklasse XA 1 auszubilden.

Die Korrosionswahrscheinlichkeit von unlegierten und niedriglegierten Stählen in Wasser ist im Unterwasserbereich und an der Wasser/Luft-Grenze sehr gering.

1 Quelle: https://www.pegelonline.wsv.de/gast/stammdaten?pegelnr=570870 (Stand: 19.01.2017)

5.4 Baugrundeigenschaften

Den anstehenden Lockergesteinsböden können nach den Bohrergebnissen und nach DIN, E 9 der EAU bzw. Erfahrungswerten die folgenden bodenmechanischen Eigenschaften/Parameter zugeordnet werden:

Tabelle 5.4.1: Baugrundeigenschaften Lockergesteine

Schicht 1a Schicht 1b Schicht 1c Schicht 2 Schicht 3 Lagerungsdichte /

Konsistenz :

locker /weich, halbfest

locker, mitteldicht

weich, breiig,

steif breiig, weich locker, mitteldicht, dicht

Plastizität : leicht bis

mittel - leicht bis

mittel mittel bis ausgeprägt -

Stufung : - weit gestuft - - eng bis weit

gestuft Erosionsempfindlichkeit : sehr groß mittel bis

groß groß groß gering bis

mittel Frostempfindlichkeit : sehr groß mittel sehr groß sehr groß vernachlässig-

bar klein Wasserveränderlichkeit : mittel bis

groß gering groß sehr groß vernachlässig-

bar klein Zusammendrückbarkeit : sehr groß gering bis

mittel mittel bis

groß sehr groß vernachlässig- bar klein Tragfähigkeit : sehr gering gering bis

mittel gering nicht bis sehr gering hoch Durchlässigkeitsbeiwert kf :

m/s

1 x 10^-5 bis 1 x 10^-7

1 x 10^-2 bis 1 x 10^-5

1 x 10^-6 bis 1 x 10^-8

1 x 10^-7 bis 1 x 10^-9

5 x 10^-3 bis 5 x 10^-5 Feuchtwichte γk :

kN/m³ 14,0-16,0 17,0-19,0 18,0-19,0 14,0-18,0 17,5-18,5

Wichte, wassergesättigt γr, k :

kN/m³ 14,0-16,0 19,5-21,5 18,0-19,0 14,0-18,0 20,0-21,0

Wichte unter Auftrieb γ´k :

kN/m³ 4,0-6,0 9,5-10,5 8,0-9,0 4,0-8,0 10,0-11,0

Reibungswinkel φ´k :

° 15-20 30 20-25 15-20 30-35

Kohäsion c´k : 0 0 0 0-15 0

undrainierte Scherfestigkeit cu :

kN/m² - - 10-30

(gering bis sehr gering)

5-15

(sehr gering) - Steifemodul ES :

MN/m² 1-3 5-20 2-5 0,5-5 30-80

Dem anstehenden Festgestein bzw. dessen Verwitterungszone (Schicht 4) werden folgende Eigenschaften zugeordnet:

Tabelle 5.4.2: Baugrundeigenschaften Festgestein

Eigenschaften Schicht 4

Genese : n. DIN EN ISO 14689-1 sedimentär

Verwitterungsgrad: n. DIN EN ISO 14689-1 verfärbt, stark entfestigt bis zerfallen /zersetzt einaxiale Druckfestigkeit : n. DIN EN ISO 14689-1 außerordentlich gering bis sehr gering Verwitterungsbeständigkeit : n. DIN EN ISO 14689-1 veränderlich bis stark veränderlich

Trennflächengefüge : laminiert bis mittel geschichtet /außerordentlich engständig bis mittelständig

Durchlässigkeitsbeiwert kf : m/s 1 x 10^-5 bis 1 x 10^-7

Feuchtwichte γk : kN/ m³ 19,0-24,0

Wichte unter Auftrieb γ´k : kN/ m³ 9,0-14,0

Reibungswinkel φ´k : ° 25-30

Kohäsion c´k : kN/ m² 10 bis 80

Steifemodul ES: MN/ m² 40 bis 100

5.5 Baugrundklassifizierung

A Homogenbereich nach DIN 18300 (Ausgabe 2015) - siehe Pkt. 5.6 B Bodenklassifikation für bautechnische Zwecke nach DIN 18196 C Frostempfindlichkeitsklassen nach ZTVE StB 09

D Klassifizierung von Böden nach ihrer Verdichtbarkeit nach ZTVE StB 09 E Boden- und Felsklassen nach DIN 18300 (Ausgabe 2012)

F Boden- und Felsklassen nach DIN 18301 (Ausgabe 2012) G Boden- und Felsklassen nach DIN 18319 (Ausgabe 2012)

Tabelle 5.5: Baugrundklassifizierung:

Schicht Erdstoff A B C D E F G

1a Mutterboden EB1 [OU], [OH], [TL], OU

F 3 - 1, 4 BB 2-3, BO 1, BN 2

LN 1, LBM 1-2, P1 1b nicht bindige

Auffüllungen

EB2 A, [SW], [SU], [GW]

F 1-2 V 1-2 3, 5 BN 1-2, BS 1-4 LNW 1-2, bis S 4 1c bindige

Auffüllungen EB3 [GU*], [TM], [TL], [SU*]

F 3 V 3 2, 4 BB 1-2, BS 1 LBM 1-2, P 1, S 1

2 Auelehm EB3 TM, TA,

OT

F 3 V 3 2, 4, 5

BB 1-2 LBM 1,

LBO 1, P 1-2 3 Terrassenkies EB4 GW, SW,

SE

F 1 V 1 3 BN 1, BS 1 LNW 2-3, S 1 4 Festgestein

/Verwitterungs- zone

B5 - - - 6 FV 1, BN 1-2,

BB 2-3

FZ 1,( P 1)

5.6 Homogenbereiche nach VOB/C

Die angetroffenen Böden können wie in Tabelle 5.6.1 dargestellt in Homogenbereiche im Sinne der DIN 18300 (Erdarbeiten) und DIN 18301 (Bohrarbeiten) sowie DIN 18304 (Ramm-Rüttel und Verpressarbeiten) unterteilt werden. Die Angabe der entsprechenden Kennwerte erfolgt in den Tabellen 5.6.2 (EBR1-4) und 5.6.3 (BR5) auf Grundlage der Boden- und Felsansprachen nach DIN EN ISO 14688-1 und 14689.

Tabelle 5.6.1: Einteilung Homogenbereiche

Homogenbereich Umschreibung Homogenbereich Baugrundschichten

EBR1 Oberböden Schicht 1a – Mutterboden

EBR2 Nicht bindige Auffüllungen Schicht 1b – nicht bindige Auffüllungen

EBR3 Bindige Böden Schicht 1c – bindige Auffüllungen

Schicht 2 – Auelehm EBR4 Nicht bindige Böden Schicht 3 – Terrassenkies

BR5 Festgestein Schicht 4 – Festgestein /Verwitterungszone

Tabelle 5.6.2: Homogenbereiche A-D / Lockergesteine

Eigenschaften / Kennwerte

Homogenbereich

EBR1 EBR2 EBR3 EBR4

Korngrößenverteilung /

Kornkennziffer 2710 – 0361 0154-0037 6400-1324 0163-0127

Anteil Steine [%] 0 0-100 0-15 0-10

Anteil Blöcke [%] 0 0-50 0-5 0

Anteil große Blöcke [%] 0 0-5 0-1 0

mineralogische Zusammensetzung der Steine und Blöcke

- Beton, Kalkstein, Sandstein

Beton, Kalkstein, Sandstein

Quarzkiese/

-gerölle

Feuchtdichte [g/cm³] 1,4-1,6 1,7-1,9 1,4-1,9 1,7-1,9

Kohäsion [kN/m³] 0 - 0-15 -

undrainierte Scher-

festigkeit cu [kN/m²] keine Angabe - 5-30 -

Sensitivität - - gering -

Wassergehalt w [%] 10-30 - 15-85 -

Konsistenzzahl IC 0,25-1,0 - 0,25-0,8 -

Plastizitätszahl IP < 0,35 - 0,2-0,6 -

Lagerungsdichte teilweise locker locker bis

mitteldicht - mitteldicht bis dicht

Organ. Anteil Vgl [%] 3-10 - 1-20 0-1

Benennung und Beschreibung organischer Böden

- - - -

Abrasivität kaum abrasiv abrasiv bis stark

abrasiv kaum abrasiv stark abrasiv Bodengruppe n. DIN

18915 4-8 - - -

Bodengruppe n. DIN 18196

[OU], [OH], [TL], OU

A, [SW], [SU], [GW]

[GU*], [TM], [TL],

[SU*], TM, TA, OT GW, SW, SE ortsübliche Bezeichnung Ober-/Mutterboden

Auffüllung, Bauschutt, Steinschutt

Auffüllung, Auelehm, Faulschlamm

Sand, Kies, Flussschotter

Tabelle 5.6.3: Homogenbereiche E / Festgestein

Eigenschaften /Kennwerte Homogenbereich BR5

Benennung von Fels Sandstein, Ton- und Schluffstein

Feuchtdichte [g/cm³] 1,9-2,4

Verwitterung /Veränderungen Sandstein: verfärbt bis zerfallen Ton-/Schluffstein: zersetzt (plastifiziert) Veränderlichkeit veränderlich bis stark veränderlich einaxiale Druckfestigkeit qu [MN/m²] 1-15

Trennflächenrichtung keine Angabe möglich

Trennflächenabstand fein laminiert bis mittel /außerordentlich engständig bis mittelständig

Gesteinskörperform tafelförmig, prismatisch, gleichmäßig

Abrasivität kaum abrasiv bis abrasiv

ortsübliche Bezeichnung Sandstein, Tonstein, „Lette“

Bemerkungen

Tonstein /Schluffstein weitgehend vollständig plastifiziert, Konsistenzen steif bis halbfest undrainierte Scherfestigkeit cu ~ 100-200 kN/m²

6. Schlussfolgerungen und Empfehlungen 6.1 Allgemeine Bewertung der Baugrundverhältnisse

Im natürlichen Regelprofil entspricht der vorgefundene Baugrund dem Aufbau einer klassischen Gewässeraue aus Auelehm (Schicht 2) und Fluss-/Terrassenkiesen (Schicht 3), die hier aufgrund der regionalen Geologie auf sedimentär-klastischen Gesteinen des Unteren Buntsandsteins liegen. Die natürlichen Schichtgrenzen sind in bester Annäherung gelände- bzw. oberflächenparallel zu erwarten.

Aufgrund der Standortgeschichte und historischen Vorprägung wurden Auffüllungsböden erwartungsgemäß vorgefunden. Diese gliedern sich vereinfacht in nicht bindige (Schicht 1b) und bindige bis gemischtkörnig-bindige (Schicht 1c) Typen. Darüber hinaus treten Ober- /Mutterböden (Schicht 1a) oberflächig verbreitet in unversiegelten /nicht überbauten Geländebereichen auf.

Den Schnittdarstellungen in Anlage 3.3 und 3.4 folgend, liegt der hier rot gestrichelt gekennzeichnete Sohlenbereich des geplanten Hauptbauwerks im unteren Bereich der Schicht 3 (Terrassenkies) für das Auslaufbauwerksteil und im basalen Bereich der Schicht 2 (Auelehm) für das Einlaufbauwerksteil.

Die geplante Fischtreppe kommt nach derzeitigem Kenntnisstand annäherungsweise innerhalb der Schichten 1c (bindige Auffüllungen) und 2 (Auelehm) zum Liegen.

Die Schichten 3 (Terrassenkies) und 4 (Festgestein /Verwitterungszone) bieten generell ausreichende Tragfähigkeitseigenschaften zur Aufnahme von Bauwerkslasten im Rahmen des geplanten Bauvorhabens. Der Schichtkomplex 1 ist aufgrund seiner insgesamt heterogenen Beschaffenheit unzureichend tragfähig. Gleiches gilt für Schicht 2 (Auelehm), die in überwiegend breiiger Konsistenz ansteht.

6.2 Gründungsempfehlung und Baugrundverbesserung

Aus den planseitigen Gründungstiefen für das Hauptbauwerk (Einlauf, Turbinenschacht, Auslauf) ergeben sich Gründungssohlen im Basisbereich der Schicht 3 (Terrassenkies) bzw.

Basisbereich der Schicht 2 (Auelehm).

Die IUH empfiehlt die Gründung des Hauptbauwerks als Flachgründung mit bewehrter Bodenplatte. Restmächtigkeiten der Schicht 2 unterhalb der Gründung sind vollständig zu entfernen und gegen geeignetes, verdichtungsfähiges Fremdmaterial (Aushub der Schicht 3 aus Auslaufbauwerksteil) zu ersetzen. Es wird empfohlen, die Baugrubensohlen im entwässerten Zustand (vgl. Pkt. 6.5) gründlich nach zu verdichten.

Die Gründung der Anschlussbauwerke (Fischtreppe, Durchlass zwischen Wehrwange und Hauptbauwerk) empfiehlt sich analog dazu als Flachgründung mit Bodenaustausch. Nicht tragfähige Bereiche (Schichtkomplex 1, 2) sind unterhalb der Bauwerksteile vollständig zu entfernen und analog zur Vorgehensweise beim Hauptbauwerk gegen tragfähiges Material zu ersetzen.

Die Auftriebssicherheit der Bauteile ist für alle Bau- und Betriebszustände nachzuweisen.

Die IUH empfiehlt die Abnahme und Prüfung der Gründungssohlen durch den Baugrundgutachter.

6.3 Baugrubenböschungen und Baugrubenverbau

Ein freies Abböschen der Baugrube ist nach DIN 4124 ohne Standsicherheitsnachweise nur bis zu einer Böschungshöhe von max. 5,0 m, ausschließlich über dem Grundwasser und unter einem maximalen Böschungswinkel von 45° zulässig.

Der Bearbeiter empfiehlt daher für alle Baugruben(teile), die in den Grundwassereinflussbereich eingreifen grundsätzlich einen Verbau durch einen geschlossenen, sohloffenen Spundwandkasten. Dabei sind die Spundbohlen bis in die hydraulisch mäßig bis gering durchlässige Schicht 4 (Festgestein /Verwitterungszone) einzubringen. Daraus ergeben sich gleichzeitig effizientere Wasserhaltungsmaßnahmen, vgl.

Pkt. 6.5.

Die vollständige Umschließung mittels Spundwandverbau bietet den Vorteil einer besseren, bauzeitigen Beherrschbarkeit von Grundwasserspiegelschwankungen (u.a.

Hochwassereinfluss) und verhindert das Ausfließen potentiell fließfähiger Böden (breiige Konsistenzen) aus der Baugrubenböschung.

Je nach statischen Erfordernissen kann unter Berücksichtigung des Bemessungswasserstandes eine Rückverankerung, z.B. mit Verpressankern, oder Aussteifung der Spundwandumschließung erforderlich sein.

Die Vorgaben der DIN 4124, auch zum Abstand von Stapel- und Verkehrslasten, sind einzuhalten.

Sofern während der Erdarbeiten starke Niederschläge auftreten, sind freie Baugruben- böschungen ggf. durch Abdecken mit Folie gegen Aufweichen und Erosion zu sichern.

Eine Einschätzung der Eignung der Baugrundschichten zum Einrammen /Einrütteln von Spundwänden erfolgt in Tabelle 6.3. Für die Bohrbarkeit wird auf Tabelle 5.5 (Baugrundklassifizierung) verwiesen.

Tabelle 6.3: Rammbarkeit

Schicht Bezeichnung Rammbarkeit /Eignung zum Einrütteln

1a Mutterboden leicht

1b nicht bindige Auffüllungen mittel bis schwer /hoher Steinanteil, Auslenkungen möglich

1c bindige Auffüllungen leicht

2 Auelehm sehr leicht

3 Terrassenkies mittel bis schwer /steinige Lagen und bereichsweise hohe Lagerungsdichte

4 Festgestein /Verwitterungszone mittel bis schwer /größere Druckfestigkeiten unterhalb Erkundungsniveau

6.4 Aufnehmbarer Sohldruck und Setzungsverhalten

Für die unterschiedlichen Bauwerksteile lassen sich zum gegenwärtigen Planungsstand nur vereinfacht und überschlägig ermittelbare Kenngrößen angeben.

Unter Berücksichtigung einer Gründung der Bauwerksteile mindestens in Schicht 3 oder gleichwertigem Bodenaustauschmaterial kann der vorläufig zulässige Sohldruck bezogen auf das Hauptbauwerk mit 350 kN/m² angegeben werden.

Die überschlägig ermittelten Setzungen (Turbinenschacht, a x b = 18 x 9 m²) liegen bei einer mittleren Belastung von 250 kN/m² in Abhängigkeit von Gründungskote (t = 6,0 m… bis 10,5 m) und Baugrundvorbelastung bei ca. 0,5 cm bis 1,5 cm, woraus sich mittlere Bettungsmoduli ks von 25 MN/m³ für die tiefer (Basisbereich Schicht 3) und 16,7 MN/m³ für die höher (Basisbereich Schicht 2 /Schichtoberkante Schicht 3) einbindenden Bauwerksteile ergeben.

Detailliertere Angaben sind im Zuge der weiteren Planung anhand der exakten Bauwerksgeometrien und konkreter Bauwerks-/Bauteillasten abzuleiten.

6.5 Wasserhaltung und Bauwerkssicherung gegen Grundwasser

Bei Ausführung eines geschlossenen, sohloffenen Spundwandverbaus mit Einbindung in Schicht 4 ist eine ausreichend dimensionierte offene Wasserhaltung über in Schicht 3 einzubindende Pumpensümpfe innerhalb des Spundwandkastens zielführend.

Der Bearbeiter empfiehlt die Dimensionierung der Wasserhaltung bei ausreichendem Kenntnisstand im Zuge weiterer Planungen in Interaktion mit dem planungsbeauftragten Ingenieurbüro (IGW mbH).

Der für die Abdichtung der Bauwerke gegenüber äußeren Einflüssen maßgebende Lastfall ist W2.2E, die Abdichtung gegen hohe Einwirkung von drückendem Wasser gem. DIN 18533-1, wobei bereits nutzungsbedingt eine Ausführung in WU-Beton erforderlich wird.

6.6 Wiederverwertung anstehender Böden

Hinsichtlich der geotechnischen Eignung zur Wiederverwendung (z.B. in anderen Baumaßnahmen) der ausgehobenen Erdstoffe ist Folgendes festzustellen:

Tabelle 6.6: geotechnische Eignung der Aushubböden:

Schicht

Verwendung als Baustoff in Tragschicht Frostschutz-

schicht Leitungszone Verfüllzone in/

Verkehrsflächen

Verfüllzone außerhalb Verkehrsflächen

1a nein nein nein nein ja¹⁾

1b eingeschränkt²⁾ nein nein eingeschränkt²⁾ ja

1c nein nein nein eingeschränkt³⁾ ja

2 nein nein nein nein nein

3 ja ja ja ja ja

4 nein nein nein nein ja

1) Material der Schicht 1a ist bevorzugt als kulturfähige Schicht in der durchwurzelbaren Bodenzone von Grünflächen wieder zu verwenden.

2) Hoher Steinanteil

3) Wieder einbaufähig bei Bodenverbesserung durch Bindemittelzugabe oder bei mindestens steifer Konsistenz verbessert durch Mischen mit Schotter im Verhältnis 1:1

Bindige Böden, die zum Wiedereinbau vorgesehen sind, müssen vor Vernässung und starker Austrocknung geschützt werden. Nicht wieder einbaufähige Böden nach Tab. 6.6 sind abzutransportieren und fachgerecht zu entsorgen. Es gilt allgemein der Abfallschlüssel 170504.

7. Geodynamik

Der untersuchte Standort ist keiner Erdbebenzone und keiner Untergrundklasse n. DIN 4149 zugeordnet. Erdbebentypische Lastannahmen sind in der statischen Bemessung danach nicht zu berücksichtigen.

8. Schlussbemerkung

Sollten sich im Zuge der weiteren Planung Änderungen in ausführungstechnischer Sicht ergeben, so sind auf der Basis der vorliegenden Untersuchungen ergänzende Empfehlungen anzufordern bzw. ist Rücksprache mit dem Gutachter zu nehmen. Mit Durchführung der Baumaßnahme erwarten wir im Interesse des Bauherrn die Beauftragung der Überprüfung der Aufschlusssituation und die Abnahme der Sohlen und behalten uns ergänzende Anordnungen vor.

Das Gutachten ist nur in seiner Gesamtheit verbindlich. Auszugsweise Vervielfältigungen dieses Berichts bedürfen der Zustimmung des Unterzeichners.

Halle (Saale), den 17.11.2017

Dipl.-Geol. Chr. Hollweg M.Sc. Klaus Mischkewitz

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